Echtzeit ist ein Begriff aus der Informatik (deutsch veraltet Realzeit). Umstritten ist die Definition von Echtzeit, doch findet folgende Definition die breiteste Zustimmung:
Echtzeit bedeutet, dass das Ergebnis einer Berechnung innerhalb eines gewissen Zeitraumes garantiert vorliegt, d.h. bevor eine bestimmte Zeitschranke erreicht ist.
Echtzeitsystem
Bei der «konventionellen» Datenverarbeitung kommt es ausschliesslich auf die logische Korrektheit der Ergebnisse in endlicher Zeit an. Echtzeitdatenverarbeitung erfordert aber zusätzlich noch die zeitliche Korrektheit der Ergebnisse:
Ein Echtzeit- System muss also nicht nur ein Berechnungsergebnis mit dem richtigen Wert, sondern es auch noch rechtzeitig liefern. Andernfalls hat das System versagt.
Beispiel: In einem Auto muss das elektronische Motormanagement zu bestimmten Zeitpunkten seine Ergebnisse (einzuspritzende Benzinmenge, Zündzeitpunkt) liefern. Später eintreffende Ergebnisse sind wertlos.
Eine genaue Dauer der Zeitschranke bzw. was rechtzeitig bedeutet, hängt von der Anwendung ab und kann daher nicht allgemein angegeben werden.
Beispiel: In Maschinen ändert sich die gegenseitige Lage von Werkstück und Werkzeug innerhalb von einigen Millisekunden. Abhängig von der geforderten Toleranz muss eine Steuerung innerhalb von einigen hundert Mikro- bis einer Millisekunde auf Abweichungen reagieren, um echtzeit- fähig zu sein. Die Temperatur eines Apparates in einer verfahrenstechnischen Anlage ändert sich meist nur innerhalb von Minuten. Eine Steuerung, die innerhalb von mehreren Sekunden auf Abweichungen reagiert, kann daher noch als echtzeit- fähig gelten.
Ein Echtzeit- System reagiert also auf alle Ereignisse rechtzeitig und verarbeitet die Daten "schritthaltend" mit dem technischen Prozess. Es wird quasi nicht vom technischen Prozess abgehängt.
Um die Echtzeit- Fähigkeit eines Echtzeit- Systems theoretisch nachweisen zu können, müssen die Häufigkeit der externen Ereignisse, die Laufzeit der einzelnen Programmteile und die Zeitschranken bekannt sein.
Rechner zur Steuerung von technischen Einrichtungen oder Prozessen wie Maschinen, verfahrenstechnische Anlagen, Autos, Flugzeuge usw. sind praktisch immer Echtzeit- Systeme.
Ein Echtzeit- System erfordert nicht zwingend den Einsatz eines Echtzeitbetriebssystems, ein solches erleichtert aber das Schreiben von echtzeit- fähigen Programmen. Auch in speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Prozessleitsystemen (PLS) werden Echtzeitbetriebssysteme eingesetzt, die aber dem Anwender nicht direkt zugänglich sind.
Echtzeitbetrieb
«Gemäss DIN 44300 bedeutet Echtzeitbetrieb den Betrieb eines Rechnersystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Die anfallenden Daten können je nach Anwendungsfall nach einer zufälligen zeitlichen Verteilung, zu vorbestimmten Zeitpunkten oder aufgrund externer Ereignisse auftreten.»
Externe Ereignisse können beispielsweise sein:
Eintreffen eines Zeittaktes (Uhr)
Unterbrechung durch ein Sensorsignal
Bedienereingabe
Echtzeitbedingungen
Je nach Strenge der einzuhaltenden Zeitbedingungen wird zwischen drei Klassen unterschieden.
Harte Echtzeitbedingungen(hard deadline) müssen auf jeden Fall eingehalten werden, da sonst Schaden droht. So kann beispielsweise bei einer Steuerung für das Eintauchen bzw. Herausziehen der Brennstäbe eines Kernreaktors die Nichteinhaltung der Zeitanforderung durchaus ernsthafte und für eine ganze Bevölkerung lebensbedrohende Schäden zur Folge haben. Als weitere Beispiele für harte Echtzeit wären hier ebenso Steuerungen für Flugzeuge oder Autos, sowie gewisse Arten von Fertigungsstrassen vorstellbar.
Feste Echtzeitbedingungen(firm deadline) bewirken bei Überschreiten einen Abbruch der Aktion. Ein Beispiel für feste Echtzeit ist die Fertigung von Einzelteilen. Hier ist nach Überschreiten der Zeitanforderung, ein Abbruch der Aktion eventuell sinnvoll, um über das weitere Vorgehen zu befinden, eventuell durch Entscheidung des Benutzers: Ist das nicht (vollständig) fertiggestellte Teil Ausschuss oder kann eine zusätzliche Bearbeitung vielleicht das Teil fertigstellen? Ein weiteres Beispiel für die feste Echtzeit ist die Netzsuche eines Mobilfunkgerätes. Nach Überschreiten der Zeitanforderung wird die Netzsuche abgebrochen (und eventuell später wieder aufgenommen).
Weiche Echtzeitbedingungen(soft deadline) können in gewissen Grenzen überschritten werden, ohne zu fatalen Systemzuständen zu führen. Ein Kopierer muss eine Wartungsroutine zuerst durchlaufen, um seine Arbeit (Kopieren) wieder aufnehmen zu können. Oder aber ein Bankautomat, der auch nur die Auszahlung eines Geldbetrages innerhalb einer ungefähren akzeptablen Zeit garantiert.
